Download מטבוליזם

Figure 2.31. ATP as a store of free energy The bonds between the phosphate groups
of ATP are called high-energy bonds because their hydrolysis results in a large
decrease in free energy. ATP can be hydrolyzed either to ADP plus a phosphate group
(HPO42-) or to AMP plus pyrophosphate. In the latter case, pyrophosphate is itself
rapidly hydrolyzed, releasing additional free energy.
Figure 2.32. Reactions of glycolysis Glucose
is broken down to pyruvate, with the net
formation of two molecules each of ATP and
NADH. Under anaerobic conditions, the
NADH is reoxidized by the conversion of
pyruvate to ethanol or lactate. Under aerobic
conditions, pyruvate is further metabolized by
the citric acid cycle. Note that a single
molecule of glucose yields two molecules each
(shadow boxes) of the energy-producing threecarbon derivatives.
Figure 2.33. Oxidative decarboxylation of pyruvate Pyruvate is converted to CO2 and acetyl CoA,
and one molecule of NADH is produced in the process. Coenzyme A (CoA-SH) is a general carrier of
activated acyl groups in a variety of reactions.
Figure 2.34. The
citric acid cycle A
two-carbon acetyl
group is transferred
from acetyl CoA to
oxaloacetate,
forming citrate. Two
carbons of citrate are
then oxidized to CO2
and oxaloacetate is
regenerated. Each
turn of the cycle
yields one molecule
of GTP, three of
NADH, and one of
FADH2.
Figure 2.35. The electron transport chain
Electrons from NADH and FADH2 are
transferred to O2 through a series of carriers
organized into four protein complexes in the
mitochondrial membrane. The free energy
derived from electron transport reactions at
complexes I, III, and IV is used to drive the
synthesis of ATP.
‫קומפלקסים בממברנה‬
Figure 18.3. Diagram of a Mitochondrion. [After Biology of the Cell by Stephen L.
Wolfe. © 1972 by Wadsworth Publishing Company, Inc., Belmost, California 94002.
Adapted by permission of the publisher.]
Phosphorylation Oxidative
Figure 18.2. Essence of Oxidative Phosphorylation. Oxidation and ATP synthesis
are coupled by transmembrane proton fluxes
Figure 18.25. Chemiosmotic Hypothesis. Electron transfer through the respiratory chain
leads to the pumping of protons from the matrix to the cytosolic side of the inner
mitochondrial membrane. The pH gradient and membrane potential constitute a protonmotive force that is used to drive ATP synthesis.
Figure 2.36. Oxidation of fatty acids The fatty acid (e.g., the 16carbon saturated fatty acid palmitate) is initially joined to coenzyme A
at the cost of one molecule of ATP. Oxidation of the fatty acid then
proceeds by stepwise removal of two-carbon units as acetyl CoA,
coupled to the formation of one molecule each of NADH and FADH2.
The Complete Oxidation of Palmitate
Yields 106 Molecules of ATP:
Figure 2.37. The structure of chlorophyll
Chlorophylls consist of porphyrin ring structures
linked to hydrocarbon tails. Chlorophylls a and b
differ by a single functional group in the porphyrin
ring. which together absorb visible light of all
wavelengths other than green. Additional pigments
absorb light of other wavelengths, so essentially the
entire spectrum of visible light can be captured and
utilized for photosynthesis.
Figure 19.22. Pathway of Electron Flow From H2O to NADP+ in Photosynthesis. This
endergonic reaction is made possible by the absorption of light by photosystem II (P680)
and photosystem I (P700). Abbreviations: Ph, pheophytin; QA and QB, plastoquinonebinding proteins; Pc, plastocyanin; A0 and A1, acceptors of electrons from P700*; Fd,
ferredoxin; Mn, manganese.
‫מבנה‬
‫הכלורופלסט‬
Figure 2.38. The light reactions of
photosynthesis Energy from sunlight is used to
split H2O to O2. The high-energy electrons
derived from this process are then transported
through a series of carriers and used to convert
NADP+ to NADPH. Energy derived from the
electron transport reactions also drives the
synthesis of ATP. The details of these reactions
are discussed in Chapter 10.
The Light Reactions of Photosynthesis
Figure 19.2. The Light Reactions of Photosynthesis. Light is absorbed and the energy is
used to drive electrons from water to generate NADPH and to drive protons across a
membrane. These protons return through ATP synthase to make ATP.
Figure 19.3. Diagram of a Chloroplast. [After S. L. Wolfe, Biology of the Cell, p. 130. ©
1972 by Wadsworth Publishing Company, Inc. Adapted by permission of the publisher.]
Figure 19.22. Pathway of Electron Flow From H2O to NADP+ in Photosynthesis. This
endergonic reaction is made possible by the absorption of light by photosystem II (P680)
and photosystem I (P700). Abbreviations: Ph, pheophytin; QA and QB, plastoquinonebinding proteins; Pc, plastocyanin; A0 and A1, acceptors of electrons from P700*; Fd,
ferredoxin; Mn, manganese.
‫העברת אלקטרונים בממברנת‬
‫התילקואיד‬
Figure 19.25. Comparison of Photosynthesis
and Oxidative Phosphorylation. The lightinduced electron transfer in photosynthesis drives
protons into the thylakoid lumen. The excess
protons flow out of the lumen through ATP
synthase to generate ATP in the stroma. In
oxidative phosphorylation, electron flow down the
electron-transport chain pumps protons out of the
mitochondrial matrix. Excess protons from the
intermembrane space flow into the matrix through
ATP synthase to generate ATP in the matrix.
Figure 2.39. The Calvin cycle Shown
here is the synthesis of one molecule of
glucose from six molecules of CO2.
Each molecule of CO2 is added to
ribulose-1,5-bisphosphate to yield two
molecules of 3-phosphoglycerate. Six
molecules of CO2 thus lead to the
formation of 12 molecules of 3phosphoglycerate, which are converted
to 12 molecules of glyceraldehyde-3phosphate at the cost of 12 molecules
each of ATP and NADPH. Two
molecules of glyceraldehyde-3phosphate are then used for synthesis of
glucose and ten molecules continue in
the Calvin cycle to form six molecules
of ribulose-5-phosphate. The cycle is
then completed by the use of six
additional ATP molecules for the
synthesis of ribulose-1,5-bisphosphate.
‫מסלול הפנטוז פוספט‬
‫מסלול פירוק גלוקוז נוסף למסלול הגליקוליזה‬
‫מסלול הפנטוז פוספט מתרחש בציטוזול של תאי הכבד‪,‬בתאי שומן‪ ,‬בתאי דם אדומים‪ ,‬בכליות‬
‫ובבלוטות שמתקיימים בהם מסלולי ביוסינטזה שנדרש בהם ‪ NADPH‬כאמצעי מחזר‪.‬‬
‫מסלול הפנטוז –פוספט מתחלק לשני שלבים‪:‬‬
‫השלב החימצוני‬
‫מסלול הפנטוז פוספט‬
‫מסלול פירוק גלוקוז נוסף למסלול הגליקוליזה‬
‫מסלול הפנטוז פוספט מתרחש בציטוזול של תאי הכבד‪,‬בתאי שומן‪ ,‬בתאי דם אדומים‪ ,‬בכליות‬
‫ובבלוטות שמתקיימים בהם מסלולי ביוסינטזה שנדרש בהם ‪ NADPH‬כאמצעי מחזר‪.‬‬
‫מסלול הפנטוז –פוספט מתחלק לשני שלבים‪:‬‬
‫השלב החימצוני‬
‫השלב הלא חימצוני‬
‫השלב החימצוני‬
‫גלוקוז ‪-6‬פוספט הופך בסדרה של שלוש ראקציות לריבולוז‪-5-‬פוספט‬
‫השלב החימצוני‬
‫גלוקוז ‪-6‬פוספט הופך בסדרה של שלוש ראקציות לריבולוז‪-5-‬פוספט‬
‫שתי מולקולות של ‪ NADP+‬מתחזרות ל– ‪ NADPH‬ונפלטת מולקולה אחת של ‪CO2‬‬
‫ראקציות של ביוסינטזה חיזורית‬
‫חוסר ‪G6PD‬‬
‫חוסר באנזים ג'י סיקס פי די (גלוקוז‪ 6-‬פוספאט דהידרוגנאז)‪ ,‬הינה מחלה המועברת בתורשה‬
‫ברוב המקרים מאם נשאית לבן‪ .‬רוב החולים הם זכרים‪.‬‬
‫הפגם מועבר בתאחיזה לכרומוזום ‪ X‬בדומה לדרך ההורשה של מחלת ההמופיליה‪ .‬הפגם מתבטא‬
‫באנמיה המולטית (פירוק מהיר של תאי דם אדומים) שנגרמת עקב זיהום‪,‬תרופות‪ ,‬או אכילת פול ‪.‬‬
‫בתא הדם האדום שומר הגלוטתיון על מצבו המחוזר של יון הברזל ‪ Fe2+‬שבהמוגלובין‪ .‬זו הסיבה‬
‫לכך שקיומו של תא דם האדום תלוי במסלול הפנטוז פוספט‪ ,‬המספק כל הזמן ‪ NADPH‬לשמירת‬
‫מצבו המחוזר של הגלוטתיון‪.‬‬
‫חוסר באנזים ‪ G6PD‬לא מסוכן ולא גורם נזק אם נמנעים מאכילת פול ונטילת תרופות מסוימות‪.‬‬
‫מרבית החולים אינם סובלים מאנמיה כרונית‪.‬‬
‫אולם בעת לקיחת תרופות מסוימות‪ ,‬תרופות אלה מתחמצנות‪ ,‬נוצרים פראוקסידים המחמצנים‬
‫אתכל גלוטתיון )‪ (GSH‬המצוי בתא ל‪ .GSSG-‬חיזור ‪ GSSG‬בחזרה ל‪ GSH -‬אינו אפשרי כי רמת‬
‫ה‪ NADPH -‬בתא בחולים אלה נמוכה ולכן האנזים גלוטתיון רדוקטז אינו יכול לפעול‪ ,‬דבר זה‬
‫גורם להצטברות מטהמוגלובין )שבו יון הברזל מחומצן ‪ (Fe3+‬בתא‪ ,‬וזו גורמת לשינוים מסוכנים‬
‫במבנה הממברנה‪ ,,‬שינויים שיכולים לגרום להרס התאים‪.‬‬
‫עלולה להיווצר אנמיה‪ ,‬עם חולשה קיצונית‪ ,‬הופעת צהבת ושתן כהה המעידים על פירוק מהיר של‬
‫תאי דם אדומים (המוליזה) וירידה חדה ברמת ההמוגלובין‪ .‬פירוק מהיר של תאי דם אדומים יכול‬
‫גם להתרחש אצל תינוקות מיד לאחר הלידה ומתבטא בצהבת של הילוד‪.‬‬
‫בקרב יהודים בישראל הפגם נפוץ בעיקר בקרב יוצאי כורדיסטן וצפון עיראק‪ ,‬ומקרים מסויימים‬
‫אף אותרו אצל יוצאי תימן‪.‬‬
‫בשלב הלא חימצוני הופך ריבולוז ‪-5‬פוספט‪ ,‬בסדרת ריאקציות לסוכרים פוספטים תלת‪ ,-‬ארבעה‪,-‬‬
‫חמישה‪ ,-‬שישה‪ -‬ושבעה פחמניים‪ .‬מביניהם‪ ,‬הסוכר החיוני והדרוש ביותר בתא הוא ריבוז ‪-5‬פוספט‪-‬‬
‫אחת מאבני הבניין של חומצות הגרעין‪.‬‬
‫מעביר יחידה דו פחמנית‬
‫מעביר יחידה דו פחמנית‬
‫מעביר יחידה תלת פחמנית‬
‫לסיכום‪ :‬בשלב הלא חימצוני הופכות שלוש מולקולות של סוכר‪-‬פוספט חמישה פחמני לשתי‬
‫מולקולות של סוכר פוספט שישה פחמני ומולקולה אחת של סוכר‪-‬פוספט תלת פחמני‪.‬‬
‫הראקציה מסכמת את המסלול הפנטוז פוספט היא ‪:‬‬
‫‪2F6P + GA3P + 6NADPH + 6H+ + 3CO2‬‬
‫‪3G6P + 6NADP+ + 3H2O‬‬